평균 강수량이 증가하는데도 가뭄은 오히려 심화되는 '기후변화의 역설'이 한국에서 뚜렷하게 나타나고 있다는 연구 결과가 나왔다. 기후 변화가 물 공급 안정성을 크게 흔들 수 있다는 경고다. 한국수자원공사 소속 박성열 연구원이 포함된 호주 멜버른대학교 연구팀은 최근 '수문학 저널(Journal of Hydrology)'에 발표한 논문에서 이같은 상황을 짚었다. 남한 전역을 대상으로 약 100년에 걸친 기후·수문 자료를 분석한 결과, 강수량 증가에도 가뭄 위험이 장기적으로 악화되고 있다는 것이 연구팀의 주장이다. 이번 연구에서는 장기간 관측 기록을 보유한 서울·부산·대구·인천·강릉·목포 등 국내 6개 기상 관측소의 강수·온도 자료와 소양강댐 등 10개 주요 댐 유역의 유량 데이터를 분석했다. ◇강수량 늘었지만… 변동성 확대가 가뭄 심화 연구에 따르면 1904~2020년 기간 동안 모든 관측소에서 연평균 기온은 꾸준히 상승해 10년당 0.10~0.25℃가량 올랐다. 강수량 또한 같은 기간 10년당 약 15~29㎜ 증가했다. 이로 인해 집중호우가 자주 발생하고 홍수 피해도 커졌다. 그러나 평균 강수량 증가와 달리 42개 분석 사례 중 35개에서 가뭄이 오히려 악화된 것으로 나타났다. 특히 24개월 이상 장기 자료에서는 그 흐름이 더욱 분명했다. 핵심 원인으로 지목된 것은 기상학적 변동성(meteorological variability)의 확대였다. 연구진은 42개 사례 중 34개에서 강수량의 '변동 폭'이 과거보다 확연히 커졌음을 확인했다. 1991~2020년 최근 30년의 변동성은 1912~1941년의 변동성보다 크게 높아졌다. 비가 올 때는 너무 많이 오고, 안 올 때는 계속 오지 않는 패턴이 강화된 것이다. 연구진은 “평균 강수량이 늘어도 변동성이 커지면 가뭄 위험이 커질 수 있다"고 설명했다. 표준화 강수·증발산 지수(SPEI) 분석에서도 이런 양상이 확인됐다. 극습(90% 백분위수)은 증가해 강수가 늘었음을 보여준 반면, 극건조(10% 백분위수)는 감소해 가뭄이 심화됐다. ◇기온 상승이 불러온 '증발산 증가'도 가뭄 악화 요인 또 하나의 원인은 기온 상승으로 인한 증발산량 증가다. 대기가 더 많은 수분을 머금게 되면 강수 패턴뿐 아니라 대기 중 수분 요구량도 커지기 때문에 땅이 더 쉽게 말라가게 된다. 연구진은 SPEI를 활용해 이 효과를 분석했는데, 이는 단순히 비의 양만 보는 표준 강우 지수(SPI)와 달리 '증발산'을 함께 고려하는 지수다. SPEI가 실제 유량을 나타내는 표준화 유량지수(SSI)와 더 강한 상관관계를 보인다는 점은, 가뭄이 강수량 부족뿐 아니라 온난화로 인한 건조화 영향까지 복합적으로 받고 있음을 보여준다. 10개 주요 댐 유역 분석에서는 SPEI와 SSI의 상관계수가 모든 시간 척도에서 0.79 이상으로 나타났다. 특히 12개월 이상의 장기 척도에서는 0.85를 넘는 높은 연관성을 보였다. 수자원(댐 유입량)에 미치는 기후 변화의 영향은 강수량과 증발산을 모두 포함하는 기상학적 조건과 밀접하게 연결되어 있으며, 그중에서도 특히 강수량의 증가 및 감소의 불규칙한 패턴(변동성)이 평균적인 강수량 증가 효과를 압도해 가뭄을 악화시키는 주요 원인으로 지목됐다. 즉, '비가 오는 양'이 아니라 '언제·어떻게 오는지'가 한국의 수자원에 더 결정적인 영향을 미치고 있는 셈이다. 기후학적 평균의 변화보다는 변동성의 변화가 더 심각한 극단적 기상 현상을 초래할 수 있다는 이전 연구들의 주장과도 일치한다. ◇물 안보 흔드는 새로운 위험… 적응 전략 시급 기후 변화가 불러온 '역설적 가뭄'은 더 이상 미래의 가능성이 아니라 이미 진행 중인 현실임을 이번 연구는 분명히 보여주고 있다. 기후 변화로 강수량은 늘고 홍수 피해는 증가하는데, 동시에 댐 저수량 감소와 장기 가뭄 위험이 커지는 이중 리스크가 뚜렷해지고 있는 것이다. 연구팀은 이번 결과가 한국의 물 관리 체계에 중요한 시사점을 던진다고 강조했다. “현재의 추세가 이어지면 물 공급의 신뢰도가 떨어지고 장기적인 물 부족 위험이 커질 가능성이 높다"는 것이다. 전문가들은 지역별 물 수급을 재평가하고, 변동성이 커진 기후에 대응할 수 있는 '적응형 물 관리 시스템'의 도입이 시급하다고 지적한다. 댐·저수지 운영 방식을 고도화하고, 가뭄 모니터링을 강화하며, 물 배분 계획을 세밀하게 세워야 한다는 것이다. 연구팀은 “이러한 적응 전략은 현재의 물 관리 관행을 재평가하고, 기후 변화의 진화하는 현실에 맞춰 물 관리의 장기적인 복원력과 지속 가능성을 보장하는 것을 목표로 해야 한다"고 강조했다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

꾸준히 성장하는 항공업은 전 세계 경제 성장의 한 축을 이루지만, 동시에 '숨겨진 기후 비용'도 빠르게 커지고 있다. 국제학술지에 최근 발표된 세 편의 연구는 항공업이 기후변화에 상당한 영향을 미치고 있음을 강조하면서, 동시에 이 문제를 해결할 수 있는 해법도 존재한다는 사실을 밝히고 있다. 물론 2050년 항공업의 '넷제로' 달성까지는 험난한 여정이 남아있다. ◇항공 CO₂ 배출의 사회적 비용 크다 스웨덴 칼머스 공대 연구팀은 지난 9월 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 발표한 논문에서 항공기에서 배출된 CO₂가 사회 전체에 미치는 기후 비용을 정량적으로 추정했다. 연구팀은 전 세계 항공가 배출한 CO₂의 사회적 비용을 연간 230억~1조6000억 달러(약 34조~2360조원)로 추정했다. 연구팀은 항공 CO₂ 배출이 초래하는 피해 비용으로 제시한 금액은 기존 추정보다 훨씬 높았다. 단순한 탄소 가격이 아니라, 기후변화로 인한 건강 악화와 농업 생산성 감소, 재해 피해 증가 등을 모두 반영한 '사회적 비용(social cost of carbon)' 개념을 적용한 결과다. 사회적 비용이란 특정 배출이 미래에 일으킬 피해를 현재 가치로 환산한 개념이다. CO₂의 경우 대기 수명이 길고 예측 가능한 장기 피해가 쌓인다. 특히, 항공 부문은 고도에서 배출이 일어나 기후 영향을 증폭시키는 특성이 있어, 동일한 CO₂라도 지상 배출보다 사회적 비용이 높아진다는 점이 강조됐다. 비행운의 경우 수명이 수 시간에 불과하지만, 특정 기상 조건에서는 강력한 온난화 효과를 낸다. 사회적 비용이 엄청나다는 것은 감축이 지연될수록 경제적 손실이 엄청나게 크다는 점을 의미한다. 연구팀은 논문에서 “항공 배출의 진짜 비용을 반영할 경우, 현행 항공유 가격 구조로는 기후 목표 달성이 불가능하다"고 지적했다. ◇단기대책: 비행경로 변경으로 비행운 형성 피하기 항공기가 하늘에 남기는 비행운(contrail cirrus)은 그 자체가 항공기가 배출되는 CO₂에 필적할 정도로 기후에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 비행운이 현재 기후에 미치는 유효 복사 강제력(effective radiative forcing, ERF)은 항공 부문에서 배출하는 CO₂의 복사 강제력과 맞먹는 수준으로 추정된다. 비행운은 적외선 복사를 흡수하고 태양 복사를 산란시켜 온난화와 냉각 효과를 모두 가져오지만, 분석된 비행 중 약 38%는 지속적인 비행운 형성을 통해 온난화 강제력에 기여했다. 이러한 비행운 형성으로 인한 세계적인 총 사회적 비용은 할인율, 피해 함수 등의 가정에 따라 연간 43억 달러에서 4100억 달러 사이로 추정된다. 비행운의 경우 CO₂와 달리 수명이 수 시간 정도로 짧고 예측이 어려워 완화 정책 수립에 중대한 복잡성을 야기한다. 비행운의 형성, 특성 및 온난화 효과는 주변 대기 조건, 연료 특성 및 엔진 특성에 따라 달라지므로 공간적·시간적 변동성이 매우 크고 불확실성이 상당하다. 논문에 따르면, 비행운의 기후 영향은 매우 이질적이어서, 모든 비행 중 약 2~3%만이 전체 비행운 ERF의 약 80%를 유발하는 것으로 추정된다. 북대서양 지역의 특정 비행 분석 결과, 일부 비행은 해당 비행의 CO₂ 배출량으로 인한 영향보다 한 자릿수 더 큰 비행운 영향을 발생시키기도 한다. 이러한 이질성은 모든 비행에 일률적인 완화 조치를 적용하는 것이 비효율적이며, 온난화 영향이 큰 비행을 목표로 하는 맞춤형 전략이 필요함을 시사한다. 이에 따라 비행운이 형성되는 지역을 피하도록 비행 경로를 변경하는 운영상의 전략은 단기적으로 기후 영향을 완화할 수 있는 중요한 수단이 될 수 있다. 경로 변경으로 인해 추가 연료 소모(연료 페널티)가 1% 미만일 경우, 약 35%의 비행에서 경로 변경이 기후적으로 이득을 가져올 수 있다는 계산이다. 연료 페널티가 5%에 달하더라도 약 30%의 비행에서 여전히 이득이 발생한다. ◇ “SAF 생산, 발표된 물량의 4분의 1만 실제 가동" 장기적인 대안은 지속가능 항공유(SAF)의 사용 확대다. 문제는 SAF 생산량이다. 벨기에 하세트대학 연구팀은 최근 '네이처 커뮤니케이션스'에 발표한 논문에서 “SAF 생산량이 턱없이 부족해 정책 목표와의 격차가 오히려 벌어지고 있다"고 지적했다. 전 세계 기업들이 '2030년까지 생산하겠다'고 발표한 SAF 물량 중에서 2024년 기준 실제로 가동에 성공한 비율은 글로벌 기준으로는 24%, 유럽연합(EU) 기준으로는 26%에 불과했다. 벨기에 연구팀이 구축한 '글로벌 SAF 생산능력 데이터베이스'에 따르면, 기업이 발표한 시설 중 상당수가 투자 지연, 기술 완성도 부족, 원료(바이오매스·폐기물·CO₂) 확보 문제로 업무가 중단되거나 취소됐다. 특히 가장 많이 사용되는 폐식용유 등 지방산 기반 공정(HEFA)은 원료 부족 문제가 심각해 대규모 확대가 어렵다. 이런 구조에서는 2030년 국제민간항공기구(ICAO)의 SAF 기반 5% 감축 목표조차 달성될 가능성이 낮다. 연구팀은 “태양광·풍력처럼 빠른 기술 확산 속도를 SAF에 적용한다 해도 2030년 목표 자체는 너무 낮은 수준"이라며 “2050년 완전 대체 목표를 달성하려면 최소 연평균 23%의 생산능력 증가가 필요하다"고 분석했다. ◇'도시 폐기물 기반 항공유'가 대안으로 떠올라 이런 가운데 도시 고형폐기물(municipal solid waste, MSW) 기반의 SAF가 주목받고 있다. 미국 하버드 대학 연구팀은 이달 초 '네이처 지속가능성(Nature Sustainablity)' 저널에 관련 논문을 발표하면서 “도시폐기물 기반 SAF는 음식물·종이·금속·플라스틱 등 가정·도시에서 나오는 혼합 폐기물로, 식량 기반의 SAF와는 달리 공급 제한이 심하지 않다는 장점이 있다"고 설명했다. 도시 폐기물 기반 SAF는 ▶원료가 안정적이고 대량 확보 가능하며 ▶매립·소각으로 인한 온실가스를 줄이고 ▶바이오 기반 연료보다 지역사회 수용성이 높고 ▶탄소 배출 절감 효과가 크다는 장점이 있다는 것이다. 최근 국제 항공사들이 미국·유럽의 폐기물 처리 기업과 협력해 MSW 기반 SAF 프로젝트를 늘리고 있는 것도 이 때문이다. MSW를 활용해 SAF를 생산하는 주된 방법은 가스화 및 피셔-트롭쉬(Fischer–Tropsch, FT) 합성 경로를 이용하는 것이다. 먼저 파쇄·건조 등의 전처리 과정을 거친 다음, 고온에서 합성가스를 생산하게 된다. 생산된 합성가스는 정제 과정을 거쳐 FT반응을 통해 긴 사슬의 탄화수소로 전환된다. 생산된 탄화수소는 기존 항공유와 섞어 사용하게 된다. 연구팀은 “폐기물 기반 SAF는 기존 전통 바이오연료보다 정책 목표에 맞춘 대규모 확장이 가능하다"고 평가했다. 하지만 도시 폐기물 기반 SAF가 유망하더라도, 현실적 과제는 여전히 많다. MSW의 분리·정제 비용이나 제조 과정에서 높은 전력 사용량, 장기 공급 계약의 불확실성 등이다. ◇ 2050년 탄소중립 항공의 관건: '정책 일관성과 투자 안정성' 국내 항공업계에서도 SAF를 사용하고 있다. 정부는 2027년부터 국내 출발 국제선에 SAF 혼합을 의무화하고, 혼합 비율을 1%에서 2030년 3~5%, 2035년 7~10%로 확대할 계획이다. 대한항공은 지난해 8월 인천~하네다 KE719편에 국산 SAF 1% 혼합을 시작했다. 논문을 발표한 각 연구팀은 공통적으로 정책 신뢰성과 투자 안정성을 SAF 시장 확산의 핵심 조건으로 꼽는다. 태양광·풍력이 급속한 확산에 성공한 이유도 장기적·강제적 정책 틀이 있었기 때문이다. 반대로 항공 분야는 규제가 국가마다 달라 기업이 장기 투자 결정을 내리기 어렵다. EU는 'EU 항공연료 친환경 전환 규정(ReFuelEU Aviation)'에 따라 2025년 SAF 혼합비율을 2%, 2050년에는 70%를 의무화하고, 특히 전력기반 합성연료(e-Fuel)의 의무 사용량까지 명시했다. 그러나 미국과 아시아는 세제지원 중심으로 정책이 흩어져 있어 공급 확대 속도가 더디다. 연구팀은 “2030년 SAF 수요를 충족하려면 기업이 목표 달성 '1년 전'을 기준으로 투자를 미리 집행해야 한다"고 조언했다. 즉, SAF 생태계는 '수요 예측보다 선제적인 공급 투자'가 없으면 구조적으로 정책 목표를 달성하기 어렵다는 것이다. 연구팀은 “필요한 것은 기술이 아니라 정치적 의지, 일관된 정책, 그리고 조기 투자"라고 강조한다. 이제 필요한 것은 “기후 비용을 솔직히 드러내고, 실질적 대안을 실행하는 산업적 결단"이라는 것이다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

전 세계적으로 희토류(REEs) 공급망의 불안정성이 심화되면서, 각국은 첨단 기술의 필수 요소인 이 핵심 광물을 확보하기 위해 애쓰고 있다. 희토류 원소(REEs)는 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y)을 포함한 란타넘족(族) 원소들로 구성된다. 독특한 자기촉매 특성 덕분에 풍력 터빈과 전기 자동차, 국방 및 첨단 전자 기술 등 현대 기술 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 국제에너지기구(IEA) 보고서에 따르면, 2040년까지 희토류 수요는 현재보다 3~7배 급증할 것으로 예상된다. 이런 가운데 미국과 중국 무역갈등 속에 희토류 공급망도 흔들리고 있다. 전통적인 광물 자원 외의 대안을 찾는 것이 시급해졌다. 최근 발표되는 연구 결과는 이런 사정을 고려해 전통적인 채굴 방식에서 벗어나 다양한 채굴 방법을 동원하고 있다. 석탄 폐기물에서 희토류를 추출하기도 하고, 특수한 식물, 심지어 유전자 변형 바이러스를 활용하기도 한다. 최근 학계에서 주목하는 혁신적인 희토류 채취 및 분리 기술들을 정리했다. ◇산업 폐기물 재활용: 석탄 재(coal ash) 및 광미(tailings)에서 회수 석탄 발전소에서 발생하는 석탄 비산재(fly ash)나 석탄 광미(鑛尾, 광산 잔재물)는 환경 폐기물이지만 희토류를 많이 함유하고 있어 희토류의 잠재적 공급원으로 주목받고 있다. 미국에서만 매립된 석탄재를 통해 연간 약 1만2000톤의 희토류를 얻을 수 있을 것으로 추산된다. 이는 현재 미국의 소비량을 넘어서는 양이다. 미국 텍사스대학의 지하에너지·환경센터 연구팀은 지난 9월 '환경 과학 기술(Environmental Science & Technology)' 저널에 발표한 논문에서 석탄 비산재에서 희토류를 추출하는 새로운 방법을 내놓았다. 이른바 '건식 소화' 추출 방식이다. 석탄 비산재에서 희토류를 추출하는 전통적인 방법은 산 침출(acid leaching)이다. 칼슘(Ca) 함량이 높은 석탄재는 희토류 회수율이 약 70~100%로 높아 매력적이지만, 산성도가 높을 경우에는 침전물로 인해 경제성이 떨어지는 문제가 발생한다. 반대로 산성도가 낮으면 희토류 회수율이 약 33~55%로 떨어진다. 연구진은 대안으로 건식 소화, 즉 산 베이킹(acid baking) 방법을 개발했다. 고농도 질산으로 전처리한 후, 물에 녹여내는 방식이다. 이 방법으로 눈에 띄는 침전물 없이 약 74%의 높은 희토류 추출 효율을 달성했다. 더욱이 최종 침출액에서 알루미늄(Al), 철(Fe), 규소(Si) 등 불필요한 이차 양이온의 농도가 낮아져 후속 분리 공정의 부담도 줄였다. 미국 노스이스턴 대학교 화학공학과 연구팀은 지난달 '환경 과학 기술'에 발표한 논문에서 석탄 광미에서 희토류를 추출할 때 알칼리 전처리 과정을 추가하면 효율이 높아진다고 밝혔다. 알칼리 전처리는 희토류를 둘러싸고 있는 알루미노실리케이트 구조(주로 카올리나이트)를 분해한다. 특히 알칼리 전처리는 경희토류(LREEs, 주기율표 상에서 란타넘(La)에서 가돌리늄(Gd)까지의 원소를 말함)를 함유한 광물에 효과카 큰 것으로 나타났다. 중희토류(HREEs)보다 추출 효율을 더 크게 향상시킨다는 의미다. 중희토륨은 가돌리늄(Gd)·터븀(Tb)·디스프로슘(Dy) 등을 말한다. ◇ 친환경 채굴: 고사리를 이용한 '식물 채굴' (phytomining) 중국 광저우 지구화학 연구소와 미국 버지니아 공대 연구팀은 지난 13일 '환경 과학 기술' 저널에 발표한 논문에서 식물 기반 금속 채굴(phytomining) 방법을 소개했다. 이 전략은 '초축적 식물(hyperaccumulator plants)'을 이용해 토양에서 특정 금속을 추출해 식물 체내에 농축한 다음, 수확된 바이오매스에서 금속을 회수하는 방식이다. 연구팀은 중국 남부의 이온 흡착형 희토류 광상에서 자생하는 희토류 초축적 식물인 고사리(Blechnum orientale)를 조사한 결과, 식물의 세포 외 조직에서 나노 크기의 모나자이트 결정이 자연적으로 형성된다는 사실을 발견했다. 이 모나자이트는 생물학적으로 유도된 광물화와 비평형 자기 조직화 과정을 통해 보통의 환경 조건(상온, 상압)에서 수지상(dendritic, 나뭇가지 모양) 나노 결정 형태로 만들어진다. 이는 고온과 고압이 필요한 전통적인 지질학적 모나자이트 형성 방식과는 완전히 다른, 식물이 매개하는 광물 형성 경로다. 연구팀은 “이번 발견은 희토류 초축적 식물이 희토류를 격리하고 해독하는 새로운 메커니즘으로 밝혀졌다"면서 “식물에서 형성된 나노 모나자이트는 높은 표면적과 향상된 반응성을 가지고 있어서 코팅· 발광체·방사성폐기물 관리 등 광범위한 첨단 응용 분야에 적합하다"고 설명했다. ◇바이러스를 활용하는 희토류 분리 미국 캘리포니아대학 바이오공학과 이성욱 교수 등은 최근 '나노 레터스(Nano Letters)' 저널에 발표한 논문에서 실 모양의 박테리오파지(세균을 공격하는 바이러스)를 이용해 희토류를 분리하는 방법을 제시했다. 희토류 원소들은 화학적 유사성 때문에 분리하는 것이 특히 어렵고, 기존 분리 기술은 혹독한 화학 물질과 에너지 집약적인 다단계 공정(주로 용매 추출)에 의존한다. 이 교수팀은 이러한 희토류 분리 과정의 환경적 부담을 줄이기 위해 박테리오파지를 이용한 열반응성 희토류 분리 플랫폼을 개발했다. 이 바이러스는 LBPhELP라고 불리는 '이중 기능 생체 틀'로 설계됐다. 바이러스 껍질 표면 단백질에는 세균(Methylobacterium extorquens)에서 유래한 란탄족 결합 펩타이드(LBP, 펩타이드는 짧은 단백질)가 발현되도록 조작했다. 이 LBP는 희토류 이온과 선택적으로 결합하게 된다. 흥미롭게도 이 LBP는 경희토류를 선호하는 일반적인 LanM 단백질과 달리, 중희토류에 대해 결합 선호도를 보인다. 이 성질을 활용하면 희토류를 쉽게 분리할 수 있다. 온도에 반응하는 엘라스틴 유사 펩타이드(ELP)는 용액의 온도를 높이면 (예: 20°C에서 ∼50°C로) 소수성 모티프(펩타이드 중 물을 싫어하는 부위)가 노출돼 바이러스 입자의 응집이 일어난다. 만일 단백질에 희토류 이온이 결합하게 되면 열 응집 온도가 낮아진다. 연구팀은 “이 LBPhELP 시스템은 실제 광산 샘플(산성 광산 배수 및 알라나이트 광석 침출액)의 복잡한 금속 이온 혼합물에서도 중희토류에 대한 높은 선택성을 유지했고, 이러한 흡착-탈착 사이클을 여러 번 반복해도 성능 저하 없이 재사용이 가능하다"고 설명했다. 이러한 방법은 전통적인 희토류 채굴과 분리 방법과 비교할 때, 훨씬 작고, 스마트하며, 환경에 덜 해로운 방식이다. 미래 기술의 재료를 확보하는 새로운 패러다임을 제시하고 있는 셈이다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

기후변화로 한반도 기온 상승이 가속화하면서 김치의 주재료인 배추의 안정적 생산 기반이 심각하게 흔들리고 있다. 최근 발표된 연구 결과를 보면 여름배추의 재배 적지(적합 면적)가 크게 줄어들고, 가을배추 역시 품종·지역별 수확량 변동성이 커질 것으로 예측됐다. 이에 따라 식량안보이 흔들리고 소비시장에 충격이 가해질 우려도 커지고 있다. ◇배추는 '호냉성 작물' - 서늘한 기후를 원한다 배추는 결구(속이 꽉 차는 단계) 시기에 고온에 매우 민감하다. 결구가 잘 되지 않으면 상품가치가 떨어지고 수확량이 급감한다. 단국대 바이오융합대학 환경원예조경학부 김수민 교수팀이 최근 '한국농림기상학회지'에 발표한 논문에 따르면 기온 상승은 배추 재배에 불리한 환경을 제공한다. 일반적으로 배추의 최적 생육온도는 약 18~20℃로 알려져 있다. 일평균 기온이 25℃ 이상인 조건에서는 결구의 불량, 품질 저하가 발생할 가능성이 크다는 것이다. ◇점점 줄어드는 여름배추 재배지(적지) 국립기상과학원이 최근 한국기후변화학회지에 발표한 논문에 따르면 기온 상승으로 여름배추 재배지는 급감할 것으로 예측됐다. 고해상도 1㎞ 남한 상세 시나리오에 따르면, 현재(2000~2019년) 기준으로는 남한에서 여름배추의 적지(가장 알맞은 지역)는 약 11.5%, 가능지는 약 26.2%를 차지한다. 그러나 전지구 평균 상승(글로벌 온난화 수준, GWL)이 커질수록 적지·가능지 모두 급감할 것으로 우려된다. 1.5℃ GWL 도달 시(지구 평균 기온이 산업화 이전 대비 1.5℃ 상승하는 시나리오)에는 재배 적지는 약 46.9% 감소하고, 재배 가능지는 약 39.8% 줄어들 것으로 전망됐다. 2.0℃ GWL 도달 시에는 재배 적지가 약 70.7% 감소하고, 가능지는 약 57.2% 감소할 것으로 예측됐다. 3.0℃ 이상에서는 적지가 약 90% 이상 감소해 사실상 재배가 어려운 수준으로 떨어질 것이라는 전망이다. 특히 강원권(현재 강원 고랭지)이 현재는 그나마 적지가 많은 지역이지만, 온난화가 심화될수록 적지 면적의 감소가 가장 가파르게 진행될 것으로 예상된다. 이런 결과는 온난화 수준을 1.5℃~2.0℃로 억제하는 것의 중요하다는 사실을 강조한다. ◇가을(늦여름~초겨울) 배추 수량이 늘어도 '불안정' 단국대 연구진은 과정기반 모델(ALMANAC)을 이용해 품종별·지역별로 가을배추 수확량을 시뮬레이션했다. 시뮬레이션 결과, 품종별 차이가 크며, 어떤 품종은 온난화 시나리오에서 오히려 수확량이 크게 떨어지는 반면(예: 민감 품종), 어떤 품종은 비교적 안정적인 경우도 있었다. 연구는 품종을 두 그룹(A·B)으로 나눠 모델을 보정했는데, 그룹별로 기온 민감성이 달랐다. 그 결과 전반적으로 2030~2050 시나리오에서 일부 지역·품종에서 약 10% 내외의 수량 증가가 예측되기도 했다. 다만 이는 지역·품종에 따라 상반된 반응을 보인 결과의 평균값일 뿐이다. 지역별로도 남부(전라남도 등)처럼 이미 온난한 곳은 온도가 더 높아질수록 수확량이 감소하는 경향이 관찰됐다. 이는 야간 최저기온 상승(특히 최저기온이 2~5℃ 상승)이 작물에 큰 영향을 주기 때문으로 판단된다. 요컨대, 평균값만 보면 '수량 증가'처럼 보일 수 있으나, 실제 농가 관점에서는 품종·지역별로 큰 편차와 불안정성이 나타날 수 있다는 것이다. 일부 지역과 품종에서는 공급 안정성이 오히려 악화될 수 있다. ◇고온에 견디는 배추 품종 개발 시급 통계청 통계에 따르면 2000년과 비교해 2023년 배추 재배면적은 약 44% (5만1801 ha → 2만8912 ha), 총생산량은 약 35% 감소한 것으로 보고된다. 1인당 소비(연간 약 39 kg)는 큰 변화가 없지만 생산의 변동성으로 인해 특정 시기(예: 김장철) 가격 급등 위험은 여전히 크다. 이에 따라 연구진들은 내고온성(고온저항성) 품종의 육성과 보급을 강조하고 있다. 기후 시나리오별·지역별 반응을 고려해 안정적인 품종을 선발·육성해야 한다는 것이다. 단국대 연구에서 '추광', '천고마비' 등 일부 품종이 비교적 안정적이라는 결과가 있었다. 또, 품종·재배시기·재배지의 맞춤형 관리(지역별 재배전략)도 필요하다. 심는 시기와 품종 선택, 고랭지 유지 방안 등 대안을 마련해 지역 단위로 농가에 권고해야 한다는 것이다. 아울러 농업 인프라와 다양한 지원책도 강화해야 한다. 생산 불안정성 증가에 대비해 가격·수급 충격을 완화할 정책(재배보험 확대, 냉장 등 비상 비축, 유통체계 개선 등)이 필요하다. 근본적으로는 기온 상승을 억제하기 위해 기후목표 준수(글로벌·국가적 감축)를 해야 한다. 이번 연구 결과는 1.5℃~2.0℃ 수준의 온난화 차이가 농업 적지 보전에서 큰 차이를 만든다는 사실을 강조한다. 따라서 온실가스 감축 노력은 농업 적응 부담을 낮추는 핵심 수단인 셈이다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

세계적으로 기후 위기가 심화됨에 따라 탄소 중립은 시대적 과제가 됐다. 지난 2020년 문재인 정부 당시 2050 탄소 중립을 선언한 한국 역시 모든 산업 분야에서 온실가스 감축을 위한 노력을 기울이고 있다. 특히 건물 부문은 전력 사용으로 인한 간접 배출량을 포함할 경우 국가 전체 배출량의 24.6%를 차지하는 주요 배출원으로, 탄소중립 목표 달성에 있어 매우 중요하다. 국내 건물 부문의 온실가스 배출량 감축 목표는 이산화탄소 기준으로 2018년 5210만톤에서 2050년 620만톤으로 88.1%나 감축해야 한다. 이러한 야심 찬 목표를 어떻게 달성해야 할까. 한국에너지기술연구원 정학근 책임연구원과 연세대·고려대·KAIST 등 연구팀은 탄소중립을 위해 국내 건물 부문이 추진해야 할 세 가지 핵심 전략과 시기별 목표를 제시했다. 이 내용은 최근 국제학술지 '에너지'에 논문으로 발표됐다. ◇전략1 - 신축 건물: 제로 에너지 건물 의무화 탄소중립 달성의 첫걸음은 새로 짓는 건물부터 에너지를 절약하고, 에너지를 생산하는 것이다. 제로에너지건물(ZEB)은 건물이 사용하는 에너지(냉난방, 급탕 등)와 건물 내에서 신재생에너지를 통해 생산하는 에너지를 상쇄해 에너지 자립률 100%를 달성하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 2050년에는 모든 신축 건물이 에너지 자립률 100%(ZEB 1등급)를 달성하는 것을 목표로 삼아야 한다는 것이다. 현재 신축 건물에 대해 의무화가 적용되고 있지만, 기존 건물 대비 신축 건물의 비율이 상대적으로 작기 때문에, ZEB 시나리오 단독으로는 전체 배출량 감축 효과가 크게 미미하다(현재 수준 대비 2050년 CO2 약 15만톤 감축 예상). 연구팀은 “당장은 효과가 크지 않아도 신축 건물의 에너지 성능을 매년 크게 향상시키고, 더 나아가 플러스 에너지 건물로 나아가는 것은 장기적으로 의미 있는 결과를 가져올 것"이라고 기대했다. ◇전략2 - 기존 건물: 그린 리모델링 확대 건물 부문 탄소 감축의 핵심 열쇠는 건물 재고 대부분을 차지하는 기존 건물, 특히 20년 이상 노후화된 건물의 에너지 효율을 개선하는 것이다. 그린 리모델링(green remodelling)은 벽 단열 보강, 창호 교체, 고효율 설비 설치 등을 통해 기존 건물의 에너지 소비를 2018년 대비 30% 이상 개선하는 것을 목표로 한다. 국내에서는 20년 이상 된 건물을 노후 건물로 지정하고 에너지 효율 개선을 우선적으로 추진하고 있는데, 2050년까지 모든 기존 건물에 그린 리모델링 기술을 적용하는 것을 목표로 삼을 필요가 있다. 현재는 비용 문제나 적용 범위의 한계 탓에 그린 리모델링의 효율 개선은 약 30% 수준에 머물고 있다. ◇전략3 - 에너지 시스템의 전환: 전기화 건물 전기화(electrification)는 냉난방·급탕·취사 등에 화석연료(석탄·석유·가스)를 사용하는 설비를 전기 에너지를 사용하는 설비(예: 히트 펌프, 전기 스토브)로 대체하는 기술이다. 이는 건물에서 발생하는 직접 배출을 제로로 만들 수 있다. 문제는 건물 전기화가 진정한 탄소중립으로 이어지기 위해서는 에너지 전환 계획(energy transformation plan)이 병행돼야 한다는 점이다. 발전 부문에서 전력의 탄소 배출 계수가 낮아져야 간접 배출까지 줄어드는 효과를 볼 수 있기 때문이다. 에너지 전환 없이 건물 부문의 전기화만 진행할 경우, 2050년 탄소 배출량은 오히려 전기화를 적용하지 않았을 때보다 증가할 수 있다. 반면, 에너지 전환 계획과 함께 전력화를 적용하면 2050년 배출량을 크게 줄일 수 있을 전망이다. ◇2035년까지의 핵심 과제: 속도와 효율의 향상 2050년 탄소중립 목표 달성을 위해서는 특히 중기 목표인 2035년까지 그린 리모델링과 건물 전력화의 준비를 완료하고 속도를 높여야 한다. 우선 2030 국가 온실가스 감축 목표(NDC)를 달성하고, 그린 리모델링을 통한 효율 개선을 40% 이상으로 끌어올려야 한다. 정부는 2030년 건물 부분 감축 목표를 2018년 대비 32.8%, 최근 발표한 2035 NDC에서는 50% 이상을 줄이는 것으로 설정했다. 이 목표를 달성하기 위해서는 그린 리모델링의 효율 개선이 현재 수준(30%)을 넘어 더 적극적으로 이루어져야 한다. 이는 리모델링 시 신재생에너지원을 적극적으로 통합해 에너지 자립률을 10% 이상 추가로 확보해야 함을 의미한다. 2050년 최종 목표를 달성하기 위해서는 2030년 이후에도 그린 리모델링 효율이 40% 이상으로 개선돼야 한다. 이와 함께 2035년부터는 건물 전기화가 실질적으로 시작돼야 한다. 건물 전기화는 전력의 탄소 배출 계수가 낮아져야 의미가 있는데, 연구 모델에 따르면 전력의 탄소 배출 계수가 건물에서 주로 사용하는 가스(천연가스)의 배출 계수보다 낮아지는 시점은 2035년부터 가능할 것으로 예측된다. 따라서 건물 전기화의 의무 적용 시기는 이 에너지 전환 계획에 맞춰 2035년부터 시작, 2050년까지 100% 전기화를 달성화할 필요가 있다. 물론 이에 앞서 2035년 전기화 시행을 위해서는 정책 및 기술적 준비(예: 히트 펌프 기술 개발 및 비용 절감, 전력망 안정화)가 필수적이다. ◇세 전략의 통합: 2050 목표 달성 가능성 개별 전략(시나리오)의 영향을 분석한 결과, 신축 건물의 제로에너지건물 적용만으로는 감축 효과가 제한적이고, 기존 건물의 그린 리모델링과 건물 전력화 전략이 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히, 에너지 전환 계획에 기반한 건물 전기화 전략은 2050년 CO2 배출량을 약 1791만5000톤이나 줄이는 효과가 예상된다. 2050년 탄소 중립 목표를 달성하기 세 가지 전략을 모두 적용할 경우 2050년 건물 부문 탄소 배출량은 605만톤까지 줄어 2050년 목표치인 620만톤을 달성할 수 있을 전망이다. 연구팀은 “세 가지 전략은 각각 건물의 에너지 성능을 향상시키는 '다리'와 같고, 이 다리가 서 있는 '바닥'이 바로 에너지 전환 계획"이라면서 “발전소에서 생산되는 전력이 탄소 배출이 없는 청정 에너지로 바뀌지 않는다면 탄소 배출은 줄어들지 않는다"고 강조했다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

기후변화로 기온이 상승하면서 쌀 생산과 품질 저하에 대한 우려가 커지고 있다. 특히 벼의 등숙기(쌀알이 여무는 시기)에 나타나는 고온은 수확량 감소뿐 아니라 쌀알의 반투명도와 식미 품질을 떨어뜨리는 것으로 파악되고 있다. 지난해 여름(6~8월) 전국 평균기온은 25.6℃로 2022년 여름의 24.5℃보다는 1.1℃, 2023년 여름의 24.7℃보다는 0.9℃나 높았다. 평년 여름 평균기온(1991~2020년 30년 평균값) 23.7℃보다 무려 1.9℃나 높았다. 그렇다면 이처럼 기온이 높았던 지난해 쌀 생산량과 쌀의 질은 어땠을까. 농촌진흥청 국립식량과학원 작물육종과 연구진은 2023년과 2024년의 기상 조건과 쌀 외관 품질을 비교 분석한 연구를 국제 학술지 '작물 과학 및 생명공학 저널(Journal of Crop Science and Biotechnology)'에 발표했다. 이번 연구는 국립식량과학원 완주 시험포장에서 재배된 42개 국내 벼 품종을 대상으로, 등숙기에 나타나는 기온 변화가 쌀 품질에 미치는 영향을 체계적으로 조사한 것이다. ◇등숙기 온도 1℃ 상승, 완전립 비율 급감 연구 결과에 따르면 2024년 5~10월 평균기온은 전년보다 1.1℃ 높았으며, 일평균 기온 30℃ 초과 일수는 2023년 8일 → 2024년 20일, 최고기온 35℃ 초과 일수는 9일 → 17일로 고온 지속 기간이 크게 길어졌다. 이러한 고온은 벼의 호흡량을 증가시키고 세포 분열과 전분 합성을 방해해 뿌옇게 흐린 분상립(chalky grain)과 금이 간 쌀fissured grains) 발생률을 크게 높인다. 실제로 2024년에는 백미 품질 요소 중 완전립 비율은 현저히 감소한 반면, 분상립 비율은 현저히 증가했다. 쌀알 내부가 채워지지 않는 미숙립(immature grain) 비율도 증가했다. 특히 2024년에는 미숙립과 완전립 사이에 매우 강한 음의 상관관계(r = –0.91)가, 분상립과 완전립 사이에 강한 음의 상관관계(r = –0.94)가 관찰되어, 고온 스트레스 하에서 품질 저하 요인들의 연관성이 강해짐을 시사했다. 연구진은 42개 한국 벼 품종을 대상으로 기후 변화에 대한 외관 품질 반응을 평가했다. 그 결과, 품종별로 온도 변동에 대한 민감도가 뚜렷하게 갈렸다. 동진2호, 보람찬, 수광, 황금누리 등 일부 품종에서는 완전립 비율이 큰 폭으로 떨어지며 외관 품질이 급격히 악화된 것으로 나타났다. 특히 동진2호와 보람찬은 완전립 비율 감소율과 미숙립 비율 증가율이 가장 높았다. 반면 아세미6호와 남평 등의 품종은 기온 상승에도 완전립 비율과 전분 축적 특성이 크게 변하지 않아 고온 환경에서 안정적인 품질을 유지할 수 있는 품종으로 평가됐다. ◇“기후 추세상 쌀 품질 악화 피할 수 없어" 2024년이 고온으로 기록된 해였지만, 기상청 분석에 따르면 여름철 평균기온만 놓고 보면 2025년이25.7℃로 2024년보다 0.1℃ 더 높았다. 즉, 기후변화로 인한 온난화는 일시적 현상이 아니라 누적되는 추세이며, 벼의 생육 기간인 7~9월의 고온 지속 가능성은 앞으로 더욱 높아질 수밖에 없다. 전남·충청 지역의 일부 농가에서는 이미 여름철 야간 고온 탓에 벼 알이 여물지 않는 현상도 관찰되고 있다. 등숙기 평균기온이 30℃를 넘는 날이 5일 이상 지속되면 쌀 품질은 급격히 악화되는 것으로 알려져 있다. 극한의 기후 변화 속에서 쌀 품질이 저하되는 현상은 마치 뜨거운 난로 옆에서 굳혀야 할 젤리가 제대로 굳지 않고 흐물거리는 것과 같다. 이는 쌀 품질 악화가 단순한 '그해 날씨 운'의 문제를 넘어, 장기적인 식량 생산 구조 변화를 요구하는 문제임을 의미한다. 지금처럼 기온 상승 추세가 계속된다면 △수확량 감소 △쌀 품질 저하로 인한 소비자 이탈 △농가 수익 감소 등이 동시에 나타나, 국내 쌀 산업의 구조 자체가 흔들릴 가능성도 배제하기 어렵다. 연구진은 이번 분석을 통해 “기후변화는 더 이상 미래의 위험이 아니라 현재진행형 위기"라며 “새로운 벼 품종 개발과 보급 속도를 높이는 것이 식량안보를 지키는 핵심"이라고 강조했다. 연구진은 “고온 조건에서 안정적으로 나타나는 형질(완전립 비율, 전분 축적 능력 등)을 기준으로 유전자를 선발하고 교배에 활용해야 한다"고 덧붙였다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

전 세계가 기후위기를 막기 위해 탄소중립 사회로의 전환을 서두르고 있다. 탄소중립을 위해서는 태양광 같은 재생에너지 확보가 필수이지만 대부분의 나라에서는 넉넉한 부지를 확보하기가 쉽지 않다. 만일 도로와 철도, 방음벽과 고가도로 같은 일상적 인프라를 '에너지 생산의 주체'로 바꿀 수 있다면 의외로 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 도로 주변 유휴지와 고속도로 위, 그리고 철도 방음벽까지 태양광 패널을 입히려는 아이디어를 보면 '도로를 따라 펼쳐지는 녹색혁명'이 현실이 될 날도 머지않아 보인다. ◇도로변 유휴지, 잠자는 공간이 에너지 밭으로 중국 란저우교통대 연구팀은 최근 국제학술지 '에너지(Energy)'에 발표한 연구에서 세계 도로 인프라의 숨은 에너지 잠재력을 정량화했다. 논문에 따르면 전 세계 도로 주변 유휴지에 태양광 발전 시스템(도로변 태양광, PV+RN)을 설치할 경우 수평 설치 시 16.01테라와트(TW, 1TW=10억kW)의 발전 용량을, 최적 경사각 설치 시 10.9TW의 발전 용량을 확보할 수 있다. 이는 인류가 한 해 동안 소비하는 전력의 수백 배에 달하며, 수명주기 전체로는 각각 56만3000 테라와트시(TWh)와 44만8000 TWh의 전력 생산 잠재력을 갖는다. 태양광 패널을 수평으로 설치하면 그림자가 지지 않기 때문에 촘촘하게 설치할 수 있어 발전 용량은 크지만 최적 경사각 설치에 비해 발전 효율은 떨어진다. 최적 경사각 설치는 간격을 둬야 하기 때문에 같은 면적에 설치할 경우 수평 설치보다 용량이 적지만, 효율이 높아 실제 발전량은 많을 수 있다. 이번 연구는 위도·일사량·전기요금·설치비용 등을 통합해 지리정보시스템(GIS) 기반으로 계산했다. 평균 투자수익률(ROI)은 최적 경사각에서 7.47%, 수평형에서 6.53%로 나타났다. 특히 쿠바·소말리아·아이티·말리·자메이카 등은 태양광 자원이 풍부하고 설치비용이 낮아 25~45%에 이르는 높은 수익률을 보였다. ◇탄소배출 30% 감축 가능…한국은 공간 제약이 변수 이 연구는 도로변 태양광이 탄소중립 실현에도 큰 역할을 할 수 있음을 보여준다. 한국을 포함한 상위 28개 전력 생산국이 도로변 유휴지에 태양광 패널을 설치, 화석연료 발전을 전면 대체할 경우, 총 111억 톤의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있을 것으로 추정됐다. 이는 이들 국가의 총 배출량의 33.9%, 전 세계의 28.6%에 해당한다. 그러나 연구진은 국가별로 지형적 제약이 크다고 지적했다. 한국은 위도가 상대적으로 높아 태양광 자원이 약하고, 전력 수요는 높아서 인도네시아·일본·베트남과 함께 도로변에 태양광 설치 폭이 가장 넓게 필요한 국가로 꼽혔다. 한국이 도로변 태양광으로 화석연료 발전을 대체하려면 필요한 발전 용량 기준으로 국토의 3.6%(최적 경사 설치)를 태양광 패널로 덮어야 한다. 논문에서 비교한 28개 주요국 가운데 국토 면적에서 차지하는 비율이 가장 높다. 2위인 네덜란드가 3.5%, 일본이 1.85% 수준이다. 한국의 경우 도로망 밀도는 높지만, 산지가 많고 도로 주변 유효 면적이 좁아 도로변 태양광으로 문제를 해결하는 데는 한계가 있다는 것이다. 전문가들은 “이 같은 공간 제약을 극복하기 위해, 단순히 도로변에 그치는 것이 아니라 방음벽·고가도로·터널 상부·고속도로 휴게소 부지 등 복합형 인프라로 확장할 필요가 있다"고 지적했다. 또한 기후·계절별 일사량 편차가 큰 한반도의 조건을 고려할 때, 남향 고정식보다 수직형 양면 모듈이나 동서향 분산 배치가 효율적이라는 분석도 나온다. ◇한국형 도로변 태양광 모델, 도심형 재생에너지 실험대로 국내에서도 이미 도로와 철도 시설을 활용한 '한국형 PV+RN' 모델이 일부 도입되고 있다. 한국도로공사는 일부 고속도로 방음벽과 비탈면에 태양광을 설치해 시범 운영 중이며, 국토교통부는 고속도로 상공의 유휴 공간을 민간 발전사업자에게 개방하는 방안을 검토하고 있다. 이와 맞물려 (주)더블유피 기술연구소와 한국철도공사 연구팀은 한국태양에너지학회지의 '태양에너지(2025년 제1호)'에 발표한 논문에서 철도 방음벽이 소음 저감과 청정에너지 생산을 동시에 수행할 수 있음을 입증했다 연구팀은 양면형 모듈을 적용해 반사광(알베도 효과)을 활용할 경우 단면형 대비 최대 20% 발전량 증가가 가능하다고 밝혔다. 또한 MLPE(Module Level Power Electronics) 시스템을 통해 열차 그림자나 오염으로 인한 효율 저하를 최소화하고, 인공지능 사물인터넷(AIoT) 기반 스마트 유지관리 시스템으로 이상 징후를 실시간 감지한다. 좁은 국토에서 유휴 공간을 활용할 수 있다는 점에서, 철도 방음벽 태양광은 한국형 PV+RN의 대표적인 모델로 꼽힌다. ◇고속도로를 덮는 태양광 지붕, '이동형 발전소'의 가능성 중국과학원·칭화대·미국 컬럼비아대 공동 연구팀은 지난해 8월 국제학술지 '지구 미래(Earth's Future)'에 발표한 논문에서 전 세계 320만 ㎞의 고속도로를 태양광 패널로 덮을 경우 연간 17.85페타와트시(PWh, 1경7580조Wh), 즉 미국 전체 전력 생산의 4배에 달하는 전력을 생산할 수 있다고 분석했다. 이 시스템은 연간 96억 6000만 톤(Gt)의 이산화탄소 배출을 줄이고, 눈·비·진눈깨비 등으로 인한 교통사고 사망자 중 10.8%(약 14만 명)를 줄이는 등 사회경제적 편익이 4300억 달러에 달할 것으로 추정됐다. 태양광 패널은 고속도로 위 약 5.5m 높이에 10도 경사로 설치되어 차량을 직사광선과 악천후로부터 보호하고, 도로 포장 수명을 연장하며 전기차 충전소로도 활용 가능하다. 물론 도로 위 태양광 패널의 설계·관리가 잘되지 않으면 문제가 생길 가능성도 없지 않다. 예를 들어, 빗물이 모여 고속도로 표면에 쏟아질 경우 운전 위험이 증가할 수 있고, 빛과 그림자 패턴의 변화가 교통사고 가능성을 높일 수도 있다. ◇한국의 과제 ― 제도 통합과 기술 실증 도로·철도 인프라를 에너지 거점으로 전환하려면 공공 인프라 개방과 법제 정비가 병행돼야 한다. 국내에서는 발전사업 허가, 교통안전 기준, 환경영향평가가 서로 다른 법령에 흩어져 있어 실제 설치 과정이 복잡하다. 전문가들은 “도로관리청·지자체·전력회사 간의 협업체계를 구축하고, '도로 기반 신재생 인프라 표준모델'을 마련할 것"을 제안한다. 또한 도로 주변은 미세먼지와 제설제 염분에 노출되어 유지 보수가 어렵기 때문에, 방진형 모듈, 자가세척 코팅, 모듈 경량화 기술 등 현장형 연구가 병행돼야 한다. 태양광 발전의 간헐성을 보완하기 위해, 인근 휴게소나 물류기지에 에너지 저장장치(ESS)를 연계하는 방안도 강구할 필요가 있다. 대규모 태양광 발전은 먼 나라 사막의 발전소에서만 가능한 것이 아니다. 우리 곁의 도로를 잘 활용한다면 거기서 녹색혁명이 시작될 수도 있다는 얘기다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

전 세계 건설 부문에서 배출되는 탄소 발자국(온실가스 배출량)이 오는 2050년까지 현재의 두 배 이상으로 증가할 것이라는 연구 결과가 나왔다. 더욱이 지금의 추세가 계속될 경우 건설 부문만으로도 지구 평균기온 상승을 1.5°C로 제한하기 위한 잔여 탄소 예산을 2030년 안에 모두 소진하게 된다는 것이다. 탄소예산은 파리기후협정의 목표를 지킬 수 있는 한계 내에서 배출할 수 있는 온실가스의 양을 말한다. 중국 베이징대, 독일 포츠담 기후영향연구소(PIK), 바우하우스 어스(Bauhaus Earth) 등 국제 공동 연구팀은 최근 '커뮤니케이션스 지구와 환경(Communications Earth & Environment)' 저널에 발표한 논문을 통해 이 문제를 제기했다. 연구팀은 1995년부터 2022년까지의 데이터를 기반으로 전 세계 건설 산업의 공급망 전반에 걸친 온실가스 배출을 정량 분석했고, 2050년까지의 추세도 예측했다. 그 결과 지난 30년간 건설 부문의 탄소 발자국은 두 배로 증가했으며, 지금과 같은 '현상 유지 시나리오(SSP2)'가 지속되면 2050년까지 다시 두 배 이상으로 늘어날 것으로 추정됐다. ◇시멘트·철강 등 재료 중심 구조가 핵심 원인 2022년 기준으로 건설 산업의 전 세계 탄소 배출 비중은 전체의 33%를 차지했다. 1995년(20%)과 비교하면 급격히 증가한 수치다. 특히 건설 부문 탄소 발자국의 절반 이상(55%)은 시멘트·벽돌·금속 등 탄소 배출이 많은 재료에서 비롯됐다. 시멘트 단독으로 28%를 차지했고, 여기에 클링커·벽돌·점토를 합치면 40%에 이르렀다. 다시 금속류(철강·알루미늄·구리 등)를 추가하면 55% 수준이 된다. 이 다섯 가지 재료군의 비중은 1995년 39%에서 2022년 57%로 증가해, 건설 산업이 갈수록 '재료 의존형'으로 변하고 있음을 보여준다. 연구팀은 “지금의 재료 구조는 과거보다 3.8배 더 탄소 집약적"이라며 “건설 산업의 지속 가능성을 위협하는 근본적 요인"이라고 지적했다. ◇탄소 예산 2025년부터 초과… “다른 산업 감축해도 역부족" 논문에 따르면 지금처럼 건설 부문 활동이 계속된다면 올해부터는 건설 부문이 배출하는 탄소량이 파리 기후협정의 '1.5°C 목표'를 지키기 위해 허용된 연간 한계선과 맞닿게 된다. 즉, 인류가 매년 배출해도 기온 상승을 1.5°C로 억제할 수 있는 '탄소 예산'을 건설 부문으로만 다 써버리기 시작한다는 뜻이다. 더욱이 2050년까지의 건설 부문의 누적 배출량은 440GtCO₂(기가톤, 1Gt=10억톤), 즉 4400억톤으로, 이는 1.5°C 목표(83% 확률 기준) 달성을 불가능하게 만든다. 연구팀은 “건설 산업은 탈탄소화가 가장 어려운 부문 중 하나"라며 “시멘트·철강·벽돌 같은 전통 재료에 대한 의존이 깊고, 생산성 향상도 정체돼 있다"고 분석했다. 건설 산업은 또한 매년 모래와 자갈 40억 톤을 소비하고, 전 세계 담수 사용량의 20% 이상을 차지하는 등 환경 부담이 중첩돼 있다고 지적했다. ◇선진국의 비중 감소, 신흥국 비중 급증 1995년에는 전 세계 건설 탄소 발자국의 절반이 고소득 국가에서 발생했다. 이 가운데는 유럽과 미국, 그리고 한국과 일본 등 동아시아의 산업화 국가들이 포함됐다. 반면 2022년에는 구조가 급변해, 중국이 전체의 49%를 차지하며 단독 1위로 부상했고, 인도·인도네시아·브라질 등이 뒤를 이었다. 한국의 건설 부문 탄소 발자국은 절대량 기준으로는 안정세를 보였지만, '고소득국의 책임'이라는 점에서 다른 선진국과 마찬가지로 선도적 감축 역할이 요구된다. 연구팀은 “경제력이 높은 국가일수록 순환건설, 모듈식 설계, 재료 혁신을 주도해야 한다"고 강조했다. 논문은 탄소 감축의 핵심 해법으로 '재료 혁명(material revolution)'을 제안했다. 즉, 시멘트와 철강 같은 고탄소 재료 대신 바이오 기반 소재(목재·대마·흙·대나무 등)나 알칼리 활성 재료(alkali-activated materials) 등으로 대체해야 한다는 것이다. 다만 이 과정에서 벌목, 생물다양성 손실, 식량 생산과의 토지 경쟁 등 환경적 상충 관계를 함께 관리해야 한다고 경고했다. ◇지역별 맞춤 전략과 제도 혁신 필요 연구팀은 “전 세계에 일률적인 정책을 적용하는 것은 비효율적"이라고 지적했다. 유럽·미국 등 고소득 지역은 순환건설(circular construction)과 재료 혁신 중심으로, 신흥국은 저비용·현지조달형 솔루션을 통해 기후 목표와 경제 성장을 병행해야 한다는 것이다. 또 건축법과 안전 기준을 바이오 기반 건축물도 인정하도록 개정하고, 건축가·엔지니어·정책입안자들이 지속 가능한 설계에 대한 인식을 바꾸는 문화적 전환도 필요하다고 강조했다. 포츠담연구소의 한스 요아힘 쉘른후버 박사는 “지금의 건설 방식이 계속된다면 인류는 1.5°C 목표를 '지킬 수 없는 길'로 들어서게 된다"며 “건설 부문에서의 근본적 전환 없이는 어느 산업의 감축 노력도 무의미하다"고 말했다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

세계에서 가장 널리 사용되는 건축 자재인 콘크리트가 이제는 전기를 저장하는 '슈퍼 배터리' 역할을 할 날도 머지않았다. 미국 매사추세츠 공과대학교(MIT) 연구진이 개발한 '전자 전도성 탄소 콘크리트(ecˆ3, electron-conducting carbon concrete)' 기술은 건축물의 기둥, 벽, 슬래브 등 구조 요소 자체가 에너지 저장 장치 역할을 하도록 한 것으로, 건축과 에너지 시스템의 융합이라는 획기적인 발전을 이뤘다는 평을 받고 있다. 최근 미국국립과학원회보(PNAS)에 논문으로 발표된 이 기술은 단순한 실험 단계를 넘어, 실제 건축 환경에 적용가능한 확장성과 안정성을 입증, 청정에너지 시대의 핵심 인프라가 될 잠재력을 보여줬다. ◇획기적인 기술: 구조적 강도와 에너지 저장을 동시에 ecˆ3는 기계적 강건함과 전기화학적 에너지 저장 능력을 결합한 다기능성 시멘트 기반 복합 재료다. 이 기술은 수퍼커패시터(supercapacitor) 원리를 이용하는데, 기존 콘크리트 혼합물에 나노-탄소검댕(nano-carbon black, nCB) 입자를 뿌려 전기가 통하는 구조를 만드는 것이다. 기존에도 ecˆ3가 있었지만, 이번 연구를 통해 수퍼커패시터의 에너지 밀도를 10배나 증가시키는 데 성공했다. 특히, 상업용 슈퍼커패시터에 사용되는 유기 전해질을 적용, 단일 셀에서 최대 2.7V의 고전압을 달성했다. 이는 기존의 수계 전해질 시스템보다 거의 7배 높은 에너지 밀도(최대 2207Wh/㎥)를 기록했다. 에너지 저장 능력의 핵심은 콘크리트 내부의 나노 탄소 네트워크 구조다. 핵심은 전도성 재료를 시멘트에 섞는 과정이다. 기본 바탕은 일반 포틀랜드 시멘트지만, 여기에 nCB를 약 13% 비율로 넣어 콘크리트 내부에 전도성 네트워크를 만든다. 이 미세한 탄소 입자들이 시멘트 매트릭스 전체에 분산되면서, 전기가 통하는 길이 생긴다. 또한 연구진은 전해질 침투 문제를 해결하기 위해 '현장 주입(cast-in) 방식'을 도입했다. 기존처럼 콘크리트를 굳힌 뒤 전해질에 담그는 대신, 염화칼륨(KCl) 용액을 혼합수에 미리 섞어 타설하는 방식이다. 이렇게 하면 전해질이 콘크리트 속 기공에 자연스럽게 퍼지며, 제조 시간도 단축된다. 마지막으로 모르타르(시멘트+모래)를 추가해 기계적 강도를 높였다. 모래는 전기화학적으로는 중립이지만 구조적 강성을 강화해, 실제 건축에 사용할 수 있는 '구조용 슈퍼커패시터' 재료로 발전시킬 수 있게 했다. 연구팀이 이 네트워크를 3차원 나노 규모로 시각화한 결과, nCB 입자는 섬유 모양의 프랙탈 구조(fractal-like structure)를 형성했다. 시멘트 매트릭스를 관통하고, 전해질이 침투할 수 있는 기공 공간 근처에 우선적으로 위치하는 것이 확인됐다. 이러한 '기공 네트워크 인접성'은 이온-전자 결합 효율을 높여 강력한 에너지 저장 능력을 보장한다. 전문가들은 “이 기술이 상용화되면 건물 벽, 다리, 도로 등 모든 구조물이 전기를 저장하고 활용하는 새로운 에너지 인프라로 변모할 것"이라고 전망한다. ◇구조물에 내장된 '스마트' 기능과 안전성 문제 해결 이 기술은 단순히 에너지를 저장하는 것을 넘어, 미래 인프라의 중요한 요구 사항인 안전성과 지속 가능성 측면에서도 주목받고 있다. 특히, 현재 널리 쓰이는 리튬 이온 배터리의 단점을 보완했다. 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 자랑하지만, 높은 비용, 안전 문제(화재 위험 등), 상대적으로 짧은 수명, 그리고 리튬·코발트·니켈과 같은 희소 자원에 대한 의존성이라는 단점을 가지고 있다. 이에 비해 ecˆ3는 풍부하고 저렴한 원자재(시멘트 및 탄소 검정)를 사용한다. 수퍼커패시터로서 급속 충방전 주기와 긴 사이클 수명이라는 장점도 제공한다. 연구팀은 중성 염 용액(염화칼륨, KCl) 외에도, 해안 지역 적용을 위한 해수와 유사한 염화나트륨(NaCl) 전해질을 성공적으로 사용했다. 또한, 높은 pH를 유지해 철근 콘크리트 구조물의 부식 위험을 완화할 수 있는 수산화칼륨(KOH) 전해질도 호환 가능함을 입증했다. 이는 특정 부식 위험이 있는 환경에서 콘크리트의 내구성을 유지하는 데 도움이 된다. 연구팀은 실제 하중을 지탱하는 아치형 프로토타입을 제작했다. 이 아치 구조물은 하중을 지탱함과 동시에 발광다이오드(LED) 조명에 전력을 공급하도록 했다. 특이하게 이 아치에 기계적 하중(압축 하중)을 가했을 때 LED의 밝기가 변동하는 현상이 관찰됐다. 연구팀은 “이러한 현상은 응력으로 인한 장치 내 접촉 저항 또는 전하 분포의 변화에서 비롯된 것으로 추정된다"면서 “이는 구조적 수퍼커패시터가 잠재적으로 실시간 구조물의 건전성 모니터링하는 데 사용될 수 있음을 시사한다"고 밝혔다. ◇고대 로마의 건축 혁신을 미래 기술로 ecˆ3 기술의 가장 큰 장점 중 하나는 확장성이다. 연구팀은 전극 두께와 셀 개수에 따라 에너지 저장 용량이 선형적으로 비례하고, 예측 가능하게 확장된다는 것을 광범위한 실험 데이터로 검증했다. 연구팀은 전극 제작 시간을 단축하기 위해 전해질을 미리 혼합수에 넣어 주조하는 '주입형 전해질(cast-in electrolyte)' 방법을 개발했다. 이는 두꺼운 모놀리식(monolithic) 전극을 제조하는 데 매우 중요하며, 대규모 적용의 실현 가능성을 높였다. 여기서 모노리식 전극이란 콘크리트 자체가 전극 역할을 하게 만든 구조를 말한다. 금속 집전체나 별도 코팅층이 필요 없는, 콘크리트가 구조체이자 전극인 '일체형 전극 구조'인 셈이다. ecˆ3 기술은 인류 역사상 가장 위대한 건축 혁신 중 하나였던 고대 로마의 건축 원리를 현대에 되살려냈다. 로마인들은 철근이나 강선을 사용하지 않고도, 돌과 콘크리트의 압축력만으로 거대한 건축물을 세웠다. 돔과 아치, 기둥 구조를 통해 재료가 가장 잘 버틸 수 있는 방향으로 하중을 분산시켰기 때문이다. 덕분에 그들은 최소한의 재료로도 튼튼하고 아름다운 건물을 지을 수 있었다. ecˆ3 기술 역시 이러한 원리를 현대 기술과 결합해, 재료의 효율성과 건축적 비전을 함께 구현하고 있다. 즉, 콘크리트의 물리적 특성을 적극적으로 활용해 구조적 안정성과 지속가능성을 동시에 추구한다. ecˆ3는 전 세계적으로 풍부한 원자재를 활용하여, 하중을 지탱할 뿐만 아니라 에너지를 저장하는 다기능성 건축 자재 시스템을 구현함으로써 새로운 건축 패러다임을 예고하고 있다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr

지구 온도 상승 저지선이 일시적으로 밀리는 이른바 '기후 오버슈팅(Overshooting)' 경로가 현실화하면 실외 대기오염으로 인한 보건 및 경제적 피해가 심각해질 것으로 전망되고 있다. 이에 따라 세계 각국이 기후변화 완화 정책을 시급히 추진하고 엄격하게 이행해야 한다는 목소리도 높아지고 있다. 스페인 바스크 기후변화센터와 이탈리아·오스트리아 국제연구팀은 최근 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 저널에 '온도 목표 초과로 인한 대기오염 피해 추정'을 주제로 한 논문을 발표했다. 온도 목표는 지구 평균기온 상승을 억제하는 한계선(저지선)을 말하는데, 온도 목표 초과는 이 기후 저지선이 일시적으로 밀리는 것을 의미한다. 연구팀은 논문에서 “이왕 온실가스를 줄일 것이라면 앞당겨 서둘러 줄인다면, 지구온난화도 예방하면서 대기오염으로 인한 건강과 경제 피해도 크게 줄일 수 있다"고 주장했다. 연구팀은 실외 대기오염은 전 세계 공중 보건에 가장 큰 환경 위험 요소로 꼽힌다면서 2021년에만 세계적으로 470만 명 이상이 대기오염 탓에 조기 사망했다고 지적했다. 이러한 대기오염은 인명 손실 뿐만 아니라 광범위한 심각한 질병을 유발하고 막대한 경제적 손실로 이어진다는 것이다. 연구팀은 “기후변화 완화 정책은 온실가스 배출량을 줄임으로써 초미세먼지(PM2.5)와 오존(O3) 같은 유해 대기오염 물질의 농도를 낮추는 '공동편익(cobenefits, 일석이조)'의 효과를 얻을 수 있다“고 설명했다. ◇기후 저지선 초과 달성의 함정: 대기 오염 피해 증대 기후 변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)의 제6차 보고서(AR6)에서 제시된 시나리오 중에는 '초과 달성(EoC)' 궤적, 즉 기후 저지선이 일시적으로 밀려나는 오버슈팅 궤적이 포함돼 있다. 지구 온도가 설정된 한계를 일시적으로 초과한 후 21세기 후반에 '넷네거티브 배출(net-negative emissions)'을 통해 한계 안으로 기온이 낮아져 안정화되는 시나리오다. 이 EoC 경로는 종종 기후변화를 완화시키려는 노력을 지연시키고, 예방보다는 사후처리인 탄소 제거(CDR) 기술에 크게 의존함으로써 기후 관련 위험을 증대시키는 것으로 분석된다. 이와 대조적으로, 1.5°C 목표치 초과를 피하도록 설계된 '넷제로(NZ) 경로'는 CO2 배출량을 넷제로로 조기에 감축하고, 이를 통해 온도 상승을 최대한 막는 시나리오다. 연구팀은 논문에서 “오버슈팅을 피하는 것이 기후 완화 노력을 앞당기는 효과를 가져오며, 이는 초기에 (특히 2030년에) 훨씬 더 큰 대기오염 혜택으로 이어질 것"이라고 밝혔다. NZ 경로는 EoC 경로에 비해 일관되게 더 낮은 조기사망 예측치를 제시한다. ◇엄격한 넷제로 정책, 막대한 편익으로 돌아와 오버슈팅을 피하고 지구 온도 상승을 2°C 미만으로 유지하는 엄격한 기후 정책(NZ)은 막대한 보건 및 경제적 공동 혜택을 제공한다. 우선, NZ 경로를 따를 경우 2030년까지 전 세계적으로 20만7000명의 조기 사망을 예방할 수 있는 것으로 추정된다. NZ 정책은 또한 모든 지역에서 극도로 높은 조기 사망이 나타날 가능성도 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 경제적 혜택도 크다. 2030년까지 총 2조2690억 달러(2020년 기준, 약 3267조원)의 경제적 피해를 예방할 수 있다. EoC에 비해 NZ 정책 시나리오를 따를 경우 모든 지역에서 일관되게 더 많은 공동 편익을 얻게 된다. ◇중국,인도가 가장 큰 혜택 예상 특히, 중국과 인도는 이러한 비(非)오버슈팅 기후 정책으로부터 가장 큰 이득을 얻는 지역이 될 것으로 예상된다. 2030년까지 NZ 경로를 따를 경우, 중국은 8만4000명, 인도는 7만3000명의 대기 오염 관련 조기 사망을 줄일 수 있을 것으로 추정됐다. 경제적 측면에서 중국은 2030년에 8490억 달러에서 1조770억 달러에 이르는 가장 큰 경제적 공동 편익(중앙값 9220억 달러)을 누릴 것으로 예상된다. 연구팀은 “중국과 인도가 현재 전 세계 배출량에서 큰 비중을 차지하면서도 대기 오염으로 인한 가장 높은 보건 부담을 겪고 있다"면서 파리 기후 협정 제6조와 같은 메커니즘을 통해 재정 및 기술 지원이 이뤄진다면 이들 지역의 탈탄소화와 대기질 개선이라는 일석이조의 효과를 거둘 수 있다는 점을 강조했다. 파리협정 제6.2조는 국가 간 감축량 이전을, 제6.4조는 국제 탄소시장 메커니즘을, 제6.8조는 비시장적 접근으로 거래가 아닌 정책·기술 협력·재정 지원 형태의 감축 협력을 규정하고 있다. 연구팀은 “이번 연구 결과는 기후변화 완화 노력을 앞당기는 비오버슈팅 시나리오가 가까운 미래(2030년)와 세기 중반(2050년) 모두에 이익이 된다는 점을 입증했다"면서 “이러한 전략은 기후 변화를 억제할 뿐만 아니라 공중 보건을 개선하고 경제적 번영도 증진시킬 것"이라고 강조했다. 강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr